Buck-Boost电路设计
500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证
一、主电路拓扑与控制方式
Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck 和Boost 电路不同的是，电感L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q 关断、D 续流时的工作模态。
+
+-V in Q
D
L f
C f
R LD
-+
V o
图1-1 主电路
V be
t on
T t
t
t
t
t
i LF
I LF
i Lfmax
i Lfmax
i Lfmax
i Lfmin
i Lfmin
i Lfmin
i Q
i D
V Lf
V in
V o
图1-2 电感电流连续工作波形
+
+-V in Q
D L f
C f
R LD -+
V o i Lf
+
+-V in Q
D L f
C f
R LD -+
V o i Lf
(a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流
图1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路
二、电感电流连续工作原理和基本关系
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。
在开关模态1[0~t on ]：
t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供：
f L f
in di L V dt
=
(2-1)
o
o LD
V I R = (2-2)
o
f
o dV C I dt
= (2-3)
t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f
L i ?
f in
L y f
V i D T L ?=
? (2-4)
在开关模态2[t on ~ T]:
t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f
L i 在输出电压
Vo 作用下下降：
f L f
o di L V dt
=
(2-5)
f o o o
L f
o f LD
dV dV V i C I C dt dt R =+=+
(2-6)
t=T 时，f
L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f
L i 减小量f
L i ?为：
(1)f o o L off y f f
V V
i t D T L L ?=
?=- (2-7)
此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两个
过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。
稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有：
1y o
in y
D V V D =
- (2-8)
由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o
1y i
o y
D I I D =
- (2-9)
开关管Q 截止时，加于集电极和发射极间电压为输入电压和输出电压之和，这也是二极管D 截止时所承受的电压
1in o ce D in o y y
V V
U U V V D D ==+=
=-
(2-10)
由图1-2可见，电感电流平均值f
L i 等于Q 和D 导通期间流过的电流平均值I Q 和I D 之
和，即：
max min
2
f L L L Q D i i i I I +=
=+
(2-11)
max min f in
L L L y f V i i i D L f
?=-=
(2-12)
负载电流I o 等于流过二极管D 电流的平均值I D ，即在t=t on ~ T 期间电感电流的平均值
(1)f o
o L y LD
V I I D R =
=- (2-13)
f in L y I I D =
(2-14)
电感电流最大值max
f L
i 和最小值min
f L
i 为：
max 1
22f f f f in L L L L y f V i I i I D L f =+?=+?
(2-15)
min 1
22f f f f in L L L L y f V i I i I D L f
=-?=-?
(2-16)
开关管Q 和二极管D 电流的最大值max Q i 、max D i 等于电感电流最大值max
f L
i
max max max 1
(1)212f f f o o Q D L L L y y f I V i i i I i D D L f
===+?=+-- (2-17)
Q 导通期间，电容C f 电压的变化量即输出电压脉动o V ?由Q 导通期间f C 放电量
f C o y Q I D T =计算，因f C f o Q C V =??，故
o y o f I D V C f
?=
(2-18)
三、实验参数计算
Buck/Boost 变换器设计指标为：(1) 输入电压in V ：直流100V; (2) 输出电压o V ：直流48V; (3) 输出功率o P ：500W 。 （48.5152+47.4988）/2=48.0070
设定IGBT 的开关频率f 为100kHz ，电感电流纹波f L i ?为电感电流平均值f
L I 的5%，
输出电压纹波o V ?为输出电压o V 的2%。
输出端电阻为：
2
4.608o LD
o
V R P ==Ω 输出端电流为：
10.42o
o LD
V I A R =
= （10.5468+10.3258）/2=10.4363 由式(2-8)得占空比为：
0.324o
y o in
V D V V =
=+ 0.3266
由式(2-9)得输入电流为：
5.01y in o y
D I I A D =?
=-
由式(2-10)得开关管Q 截止时承受电压，二极管D 截止时承受电压为：
148o
ce y
V U V D =
= 由式(2-14)得电感电流平均值为：
15.42f in
L y
I I A D =
= （16.501+15.7229）/2= 16.112 电感电流和输出电压纹波分别为：
5%0.77f f L L i I A ?=?= 0.7781
2%0.96o o V V V ?=?= 48.5152-47.4988=1.0164
由式(2-15)和(2-16)得电感电流最大值和最小值分别为：
max 1
15.802f f f L L L i I i A =+?= 16.5019
min 1
15.032
f f f L L L i I i A =-?= 15.7229
由式(2-17)得通过开关管Q 和二极管D 的电流最大值为：
max max max 1
15.802
f f f Q D L L L i i i I i A ===+?= 16.5019
由式(2-12)得电感大小为：
0.42f in y f L V D L mH i f
?=
=??
由式(2-18)得电容大小为：
35.19o y f o I D C F V f
μ?=
=?? 36
四、实验器件的选择
开关管Q ：开关频率100kHz ，截止时承受电压148V ，流过最大电流16.50A 。 二极管D ：截止时承受电压148V ，流过最大电流16.50A 。 电感f L ：大小0.42mH ，流过电流最大值16.50A 。 电容f C ：大小36F μ，承受电压最大值48.52V 。 电阻R LD ：大小4.6Ω。
五、simulink 仿真电路
vs 100V
uR
powergui
Continuous is2i +
-
is1
iR 1i +
-
iR
iL 1
i +
-
iL
iD2
iD
i +
-
V
v +-
R 4.6
Pulse
T =10e-6 32.66%
L
0.42mH
IGBT
g C
E
Diode
C 36uF
Buck-Boost电路建模及分析
题目：Buck-Boost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而Buck-Boost电路作为DC-DC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck-Boost电路进行了稳态分析和小信号分 析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式， 并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公 式；接着推导了状态空间模型，以在MATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输 出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表 达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制 波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一 致。 关键词：Buck-Boost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真
1.概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC-DC变换器。 作为研究开关电源的基础，DC-DC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DC-DC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压-升压(Buck-Boost) [1]，如图1-1所示。其中Buck-Boost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) Buck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) Buck-Boost型电路结构 图1-1 DC-DC变换器的三种电路结构 本课题针对Buck-Boost变换器的建模分析进行深入研究，以优化开关电源的性能和提高设计效率。
Buck-Boost变换器的设计与仿真
1 概述 直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
V E U L C U O V i 1 i 2i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L V E U L C U O V i 1 i 2 i L R VD L 2 主电路拓扑和控制方式 2.1 Buck/Boost 主电路的构成 Buck/Boost 变换器的主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。与Buck 和Boost 不同的是电感L 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。 图2-1 Buck/Boost 主电路结构图 电流连续时有两个开关模态，即V 导通时的模态1，等效电路见图2（a ）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b ）。 （a ）V 导通 （b ）V 关断，VD 续流 图2-2 Buck/Boost 不同模态等效电路
BuckBoost电路建模及分析
题目：BuckdBoost电路建模及分析 摘要：作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对优化开关电源的性能和提高设计效率具有重要意义。而BucMoost电路作为DCTC开关变换器的其中一种电路拓扑形式，因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 为了达到全面而深入的研究效果，本文对Buck^oost电路进行了稳态分析和小信号分析。稳态分析中，首先介绍了电路工作原理，得出了两种工作模式下的电压转换关系式，并同时可知基于占空比怎样计算其输出电压以及最小最大电感电流和输出纹波电压计算公式；接着推导了状态空间模型，以在M ATLAB中进行仿真；而最后仿真得到的电感电流、输出电压的变化规律符合理论分析。小信号分析中，首先推导了输出与输入间的传递函数表达式，以了解低频交流小信号分量在电路中的传递过程；接着分析其零极点，且仿真绘制波特图进行了验证。 经过推导与研究，稳态分析和小信号分析下仿真得到的变化规律均与理论上的推导一致。 关键词：BuckHBoost；稳态分析；小信号分析；MATLAB仿真
1 ?概论 现代开关电源有两种：直流开关电源、交流开关电源。本课题主要介绍直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源，如市电电源或蓄电池电源，转换为满足设备要求的质量较高的直流电源，即将“粗电”转换为“精电”。直流开关电源的核心是DC4)C变换器。 作为研究开关电源的基础，DCTC开关变换器的建模分析对开关电源的分析和设计具有重要意义。DCTC开关变换器最常见的三种电路拓扑形式为：降压(Buck)、升压(Boost)和降压THE (BuckdBoos 泌］,如图1-1所示。其中BucMoost变换器因其输出电压极性与输入电压相反，而幅度既可比输入电压高，也可比输入电压低，且电路结构简单而流行。 (a) B uck型电路结构 (b) Boost型电路结构 (c) B uckHB oost型电路结构 图1-1 DCTC变换器的三种电路结构
Buck-boost变换器建模及仿真
Buck-boost 变换器建模及仿真 1、Buck-boost 变换器平均开关模型 利用平均开关网络法推导buck —boost 变换器的平均开关模型，Buck-boost 变换器电路图如图1所示，这里开关管的导通电阻为 ，二极管的前向导通压降为0.8v 。 g V )(t v 图1 Buck-boost 变换器电路 图中，虚线框内为开关网络，它是一个二端口网络，共有 、 、 和 四个变量，选定其中两个变量作为输入变量，则余下两个变量可以由输入 变量表示出来。在此，我们选择 和 作为输入变量。接下来我们要求出 这四个变量的在一个周期内的平均值，首先根据图1画出它们在一个周期内的波形图，如图2所示。 ) (1t v s dT s T (1i s dT s )(1t i )(2t i )(1t v on R )(2t v )(1t i )(2t v
图2 开关网络电压电流的曲线图 根据图2，写出)(1t i 、)(2t i 、)(1t v 、)(2t v 在一个周期内平均值： （1） （2） （3） （4） 由式（3）与（4）得 （5） 将公式（1）与（5）代入（3）中得 （6）将公式（6）中两边的)(1t v 合并得到下面式子： （7） 由（1）与（2）得 （8） ])([) () (')()()(211D T T on T V t v t d t d t i t d R t v s s s +><+><=><= ><)()()(')(12 (2v D (2t i s s s T T t i t d t i ><=><)()()(1s s T T t i t d t i ><=><)()(')(2))()((')()()(11s s s T C D g on T T t V V V t d R t i t d t v ><-++><=><-=><+><)()()(121)2111)()()((')()(D T T on T T V t v t v t d R t i t v s s s s +><+><+>=<><
BuckBoost和Cuk电路仿真分析.docx
Buck_Boost和Cuk电路仿真分析 一、Buck_Boost电路仿真 仿真电路图如下图所示： 电路参数如下： Vs=5V，L=0.5mH，C=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： 仿真结果如下所示： 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下所示，其中图1上半部分为I O，下半部分为V O，图二为I L，图三为I D，图4为V C。
图1 图2 图3图4
二、Cuk电路仿真 仿真电路图如下： 电路参数如下： Vs=5V，L1=L2=0.5mH，C1=C2=100μF，R=5Ω，f S=10kHz，D=0.8。 IGBT导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V on=0.1V， 二极管导通电阻R on=1mΩ，正向导通压降V o n=1mV。 理论计算结果如下所示： V OΔV OΔV C1I O I D（I L1）ΔI L1ΔI L2 -20V0.1V 3.2V-4A16A0.8A0.8A 仿真结果如下所示： V OΔV O V C1ΔV C1I OΔI O I D（I L1）ΔI L1I L2ΔI L2 -19.5V0.1V24.5V 3.1V-3.92A0.02A16.4A0.8A-3.9A0.8A 对比理论与仿真结果可以看出，二者部分存在误差，但差距不大。部分数据由于目测的原因，也存在一定的误差，但误差很小，此处不再考虑。 波形图如下图所示： 图1
Buck-Boost变换器要点
目录 摘要........................................................................ I 1 Buck/Boost变换器分析.. (1) 1.1 基本电路构成 (1) 1.2 基本工作原理 (1) 1.3 工作波形 (2) 2 Buck/Boost变换器基本关系 (3) 3 主要参数计算与选择 (5) 3.1输入电压 (5) 3.2负载电阻 (5) 3.3占空比α (5) 3.4电感L (5) 3.5输出滤波电容C计算 (6) 4 理论输入、输出电压表达式关系 (7) 5 仿真电路与仿真结果分析 (8) 5.1 buck/boost仿真电路图 (8) 5.2线性稳压电源仿真 (8) 5.3稳压电源波形图 (9) 5.4升压时输出电压与电流波形 (10) 5.5降压时输出电压与电流波形 (11) 总结 (13) 参考文献 (14)
摘要 随着世界的需求与电力电子的发展，高频开关电源凭借其低功耗等优点，得到了在计算机、通信和航天等领域的广泛应用。其中功率变换电路对组成开关电源起重要作用。功率变换电路是开关电源的核心部分，针对整流以后不同的直流电压功率变换电路有很多种拓扑结构，比如：Buck变换器拓扑、Boost变换器拓扑、Buck/Boost变换器拓扑、正激（反激）变换器拓扑......Buck/Boost变换器作为其中重要的一种，在开关电源的设计中当然也得到了很好的应用。本课程设计即是基于Simulink对Buck/Boost变换器进行设计与仿真，并且将仿真得到的输入输出电压关系式与理论推导进行比较，从而验证其可行性。 关键字：电力电子开关电源Simulink Buck/Boost变换器
buck-boost变换器的建模与仿真
题目： Vg 1.5V Q1R 5Ω V D 0.5V 图1 buck-boost 变换器电路图 一、 开关模型的建模与仿真 图2 buck-boost 变换器的开关模型
占空比由0.806变化到0.7的电感电流波形 占空比由0.806变化到0.7的电容电压波形 图3 buck-boost 变换器的开关模型的仿真 二、 大信号模型与仿真 1、 开关导通时： Vg 1.5V R on 35m Ω V - 图4 开关导通时的工作状态 此时，电感电压和电容电流方程： (t)v (t)v (t)(t)(t)(t)(t)L g on c di L i R dt dv v i C dt R ? ==-??? ?==- ??
2、 开关断开时： 100uH 100uF V i c + -0.5V i 图5 开关断开时的工作状态 此时，电感电压和电容电流方程： (t)v (t)(t)(t)(t)(t)(t)L D c di L V v dt dv v i C i dt R ? ==--??? ?==-?? 3、平均方程 电源电压、电感电流、电容电压变化的不大均为低频信号，则 (t)(t)g g v v = ；(t)(t)i i =；v(t)v(t)= 又因为： (t) v (t)L d i L dt = (t) (t)c d v i C dt = 则有，电感电压平均方程： () ()'v (t)d(t)v (t)(t)+d (t)(t)L g on D i R V v =--- 电容电流平均方程： ''(t)(t)(t) (t)d(t)()d (t)((t))=d (t)(t)c v v v i i R R R =- +--+ 输入电流平均方程： g (t)d(t)(t)i i =
题目：Buck电路的设计与仿真
题目：Buck 电路的设计与仿真 1、Buck 电路设计： 设计一降压变换器，输入电压为20V ，输出电压5V ，要求纹波电压为输出电压的0.5％，负载电阻10欧姆，求工作频率分别为10kHz 和50kHz 时所需的电感、电容。比较说明不同开关频率下，无源器件的选择。 解：（1）工作频率为10kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为10kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.310000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>c L 则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4105.4-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2410000 15005.0105.48)25.01(5?????-?-=F 41017.4-? （2）工作频率为50kHz 时， A.主开关管可使用MOSFET ，开关频率为50kHz ； B.输入20V ，输出5V ，可确定占空比Dc=25%； C.根据如下公式选择电感 H T R D L s c c 41075.050000 1210)25.01(2)1(-?=??-=-= 这个值是电感电流连续与否的临界值，L>Lc 则电感电流连续，实际电感值可选为1.2倍的临界电感，可选择为H 4109.0-?； D.根据纹波的要求和如下公式计算电容值 =?-=2008)1(s c T U L D U C 2450000 15005.0109.08)25.01(5?????-?-=F 410833.0-? 分析： 在其他条件不变的情况下，若开关频率提高n 倍，则电感值减小为1/n ，电容值也减小到1/n 。从上面推导中也得出这个结论。 2、Buck 电路仿真： 利用simpowersystems 中的模块建立所设计降压变换器的仿真电路。输入电压为20V 的直流电压源，开关管选MOSFET 模块(参数默认)，用Pulse Generator 模块产生脉冲驱动开关管。分别做两种开关频率下的仿真。 （一）开关频率为10Hz 时； (1)使用理论计算的占空比，记录直流电压波形，计算稳态直流电压值，计算稳态直流纹波电压，并与理论公式比较，验证设计指标。 由第一步理论计算得占空比Dc=25%； 实验仿真模型如下所示（稳态直流电压值为4.299V ）：
Buck-Boost电路设计
500W Buck/Boost电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck和Boost电路不同的是，电感L f在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q关断、D续流时的工作模态。 V o 图1-1 主电路 V i LF i Q i D V 图1-2 电感电流连续工作波形 V o V o (a) Q导通(b) Q关断，D续流 图1-3 Buck/Boost不同开关模态下等效电路二、电感电流连续工作原理和基本关系
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。 在开关模态1[0~t on ]： t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供： f L f in di L V dt = (2-1) o o LD V I R = (2-2) o f o dV C I dt = (2-3) t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f L i ? f in L y f V i D T L ?= ? (2-4) 在开关模态2[t on ~ T]: t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压 Vo 作用下下降： f L f o di L V dt = (2-5) f o o o L f o f LD dV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6) t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ?为： (1)f o o L off y f f V V i t D T L L ?= ?=- (2-7) 此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两 个过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。 稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有： 1y o in y D V V D = - (2-8) 由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o
(完整版)Buck-Boost电路设计.doc
500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器， 其主电路 与 Buck 或 Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、 二极管、电感和电容构成，如图1-1 所示。与 Buck 和 Boost 电路不同的是，电感 L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出 电压极性与输入电压相反。 开关管也采用 PWM 控制方式。 Buck/Boost 变换器也有电感电流 连续喝断续两种工作方式， 本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。 图 1-2 是电感电 流连续时的主要波形。图 1-3 是 Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感 电流连续工作时，有两种工作模态，图 1-3(a)的开关管 Q 导通时的工作模态，图 1-3(b)是开 关管 Q 关断、 D 续流时的工作模态。 Q D LD R + - V in L f C f V o + - + 图 1-1 主电路 V be t on T t i LF i Lfmax I LF i Lfmin t i Q i Lfmax i Lfmin t i D i Lfmax i Lfmin t V Lf V in V o t 图 1-2 电感电流连续工作波形 Q D R LD Q D R LD + - + - C f C f V in L f i Lf L f + V o V in i Lf + V o - + - + (a) Q 导通 (b) Q 关断， D 续流 图 1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路 二、电感电流连续工作原理和基本关系
BUCK-BOOST仿真分析
BUCK-BOOST转换器仿真分析 摘要：本课题利用电感电压平均近似和电容电流平均近似的方法，建立连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的线性模型，实现非线性向线性模型的转化，得到由控制到输出的传递函数；在此基础上利用Matlab工具对不同补偿网路的频域特性进行仿真，并对仿真结果进行分析。 关键词：BUCK/BOOST ；DC/DC转换器；MA TLAB仿真；频域特性 BUCK-BOOST CONVERTER SIMULATION ANALYSIS Abstract: This project uses the inductor voltage and capacitor current average approximate average approximation method, build a continuous mode (CCM), under voltage-controlled BUCK / BOOST structure DC / DC converter linear model, to achieve non-linear transformation to the linear model obtained from the control to output transfer function; on the basis of compensation for the use of Matlab tools for different networks frequency domain simulation, and analysis of simulation results. Keywords: BUCK / BOOST; DC / DC converter; MA TLAB simulation; frequency domain 中图分类号：TM712 文献标识：B 文章编号： 0 引言 开关电源转换器是现代电路理论的重要研究对象。作为一种非线性系统，BUCK/BOOST 结构DC/DC转换器的控制方式主要有电压和电流控制两种。 利用MATLAB的Simulink 环境，搭建连续模式(CCM)下电压控制型BUCK/BOOST结构DC/DC转换器的仿真电路，建立其线性模型，得到由控制到输出的传递函数，对系统进行补偿，使系统的稳定性达到最优。并进行仿真分析，调整电路结构、元件参数和仿真参数，以期得到理想效果。1 BUCK-BOOST转换器的原理和典型电路 1.1 主要技术指标 开关频率 s f=100kHZ 功率>100W 输入电压 d U=200V 输出电压150V 输出电压峰峰值1.5V 电阻50 输出电流为3A
基于MATLAB buckboost电路仿真
基于Matlab/Simulink反激变换器电路仿真 1.电路原理 反激电路即Flyback，如图1。变压器的一次和二次绕组的极性相反，这大概也是Flyback名字的由来： a.当开关管导通时，变压器原边电感电流开始上升，此时由于次级同名端的关系，输出二极管截止，变压器储存能量，负载由输出电容提供能量。此时等效电路如图2； b.当开关管截止时，变压器原边电感感应电压反向，此时输出二极管导通，变压器中的能量经由输出二极管向负载供电，同时对电容充电，补充刚刚损失的能量。此时等效电路如图3。 图1反激电路 图2开关导通图3开关关断 2.模型建立过程 根据flyback电路原理，在MATLAB（Simulink）中建立仿真模型如图4，模块包括： （1）输入端直接接入直流恒压源（DC Voltage Source）； （2）开关器件Q选择MOSFET（参数默认）； （3）脉冲触发器（Pulse Generator）控制MOSFET； （4）磁化电感Lm、电容C和电阻R各一个，电力二极管一个（Diode参数默认）； （5）变压器（Linear transformer）；
（6）用于观察波形的示波器（scope ）； （7）信号接口（Voltage Measurement 和Current Measurement ）； （8）Powergui 模块，特别注意其Simulation type 的设置； （9）添加2个display 对输出电压、电流、平均值进行测量，方便电路的分析检验。 图 4Matlab （simulink ）flyback 电路模型 3. 参数设置过程 （1）选定输入电源电压Vin=200V ，开关频率f=100KHZ ，T=0.01ms 。则设置DC Voltage Source-->Amplitude=200，Pulse Generator-->Period=0.1e-3； （2）关于比D 即脉冲触发器占空（Pulse Width ）的设置，D 取0.5； （3）输出电压Vo=5V,输出电流Io=1A,所以负载电阻R=5Ω; （4）powergui-->simulation type 设置为：continuous ，即连续系统仿真； （5）电容C 取值、变压器变比N2:N1和磁化电感Lm 取值计算： 已知电源输入为Vin=200V ，输出Vo=5V ，T=0.02ms ，f=50KHz 电压纹波O V ?： V V V O O 0.1%2==? 电容取值： uF f V D I C o f 001=???= 由电感伏秒特性，可得： ) 1(2 1 D V N N D V O in -= 所以 5:200)1(21 =-=D V D V N N o in 电阻消耗功率 W R V Po o 52 ==
Buck-Boost电路设计
500W Buck/Boost 电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck 和Boost 电路不同的是，电感L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q 关断、D 续流时的工作模态。 + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o 图1-1 主电路 V be t on T t t t t t i LF I LF i Lfmax i Lfmax i Lfmax i Lfmin i Lfmin i Lfmin i Q i D V Lf V in V o 图1-2 电感电流连续工作波形 + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o i Lf + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o i Lf (a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流 图1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路 二、电感电流连续工作原理和基本关系
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。 在开关模态1[0~t on ]： t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供： f L f in di L V dt = (2-1) o o LD V I R = (2-2) o f o dV C I dt = (2-3) t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f L i ? f in L y f V i D T L ?= ? (2-4) 在开关模态2[t on ~ T]: t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压 Vo 作用下下降： f L f o di L V dt = (2-5) f o o o L f o f LD dV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6) t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ?为： (1)f o o L off y f f V V i t D T L L ?= ?=- (2-7) 此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两个 过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。 稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有： 1y o in y D V V D = - (2-8) 由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o
各种拓扑在SABER中的仿真
世纪电源网一位版主“拒绝变帅”的帖子，基本拓扑在saber中的仿真，旨在让大家扎实基础，对全面找工作不无帮助。 先从BUCK谈起吧，如图所示： 输入20V，占空比0.5，CCM模式。 基本的： 开关导通时，输入电源给电感充电，同时也提供一部分能量给负载。 开关断开时，电感的能量向负载释放，此时没Vin什么事了。 仿真结果图：
输出电压纹波： 仿真文件： buck.rar 时间：5ms 步长：1us 给这个图是为了与交错buck的输出纹波进行比较。 交错的好处： 1，减小输入输出纹波； 2，热量分散开，易于散热； 3，可以用小容量的MOS和小体积的磁芯； 4，减小输出端电容； 5，。。。（大家补充） 下面同时仿了下交错buck，两路驱动信号相位相差180°。电路图：
输出电压纹波比较： 上为交错的，下为单路的，很明显，交错之后，在同样的输出电容下，具有更小的纹波，也可以看作与原来同样纹波的情况下，可以减小输出电容。 电感电流波形：
从图上可以看出，电感电流波形是错开的，起到相互抵消的作用。也相当于使纹波频率加倍，这样有利于EMI滤波器的设计，所以说交错对EMI也是好处。 交错buck仿真文件： buck2.rar buck比较简单，也不涉及到难的问题，就先到这里。 上面仿真我取的占空比是0.5，开环仿真，这里提两个问题供讨论： 1，占空比与输出纹波有什么关系？ 2，闭环仿真中，交错的两路是否可以共用一个控制回路，也就是说仅在产生的PWM后作处理去驱动另一路，前面共用误差放大器和比较器？ 下面继续BOOST电路~
BOOST电路： 开关NO：此时电感储能，输出电容向负载功能。 开关OFF：此时Vin和电感共同向负载提供能量。在OFF期间，Vin也提供能量，这个是boost 与后面要说的buck-boost的关键区别。 下面是仿真，参数：Vin=20V，D=0.5，f=100kHZ，CCM模式。 输出纹波大小：
(完整版)BUCK和BOOST电路
(完整版)B U C K和 B O O S T电路 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
直流BUCK 和BOOST 斩波电路 一、 BUCK 电路 降压斩波电路(Buck Chopper) Q 为开关管，其驱动电压一般为PWM(Pulse width modulation 脉宽调制)信号，信号 周期为Ts ，则信号频率为f=1/Ts ，导通时间为Ton ，关断时间为Toff ，则周期 Ts=Ton+Toff ，占空比Dy= Ton/Ts 。 负载电压的平均值为： 式中t on 为V 处于通态的时间，t off 为V 处于断态的时间，T 为开关周期，α为导通占空比，简称占空比或导通比(α=t on /T)。由此可知，输出到负载的电压平均值U O 最大为U i ，若减小占空比α，则U O 随之减小，由于输出电压低于输入电压，故称该电路为降压斩波电路。 工作原理为: 当在t on 状态时，电源为这个电路供电，并对电感和电容充电，负载电压缓慢上升到电源电压。当t off 状态时，电源电压为断开状态，系统供电依靠电感和电容的储能供电。所以是一个递减的电压。所以系统的这个工作流程为，周期性的电源供电方式，而输出的负载的电源大小取决于周期中的占空比。 (a)电路图 (b)波形图 （实验结果 ） i i on i off on on o aU U T t U t t t U ==+= U GE U D t t t U O t on t of f T U i - +- + U
图1降压斩波电路的原理图及波形 二、 BOOST 电路 开关管Q 也为PWM 控制方式，但最大占空比Dy 必须限制，不允许在Dy=1的状态下工作。电感Lf 在输入侧，称为升压电感。Boost 变换器也有CCM 和DCM 两种工作方式 升压斩波电路(Boost Chopper) U i I 1t on =(U O -U i ) I 1t off 上式中的T/t off ≥1,输出电压高于电源电压，故称该电路为升压斩波电路。 工作原理? 当开关S 在位置a 时，如图2(a)所示电流iL 流过电感线圈L ，电流线性增加， 电能以磁能形式储在电感线圈L 中。此时，电容C 放电，R 上流过电流Io ，R 两端为输出电压Vo ，极性上正下负。由于开关管导通，二极管阳极接Vs 负极，二极管承受反向电压，所以电容不能通过开关管放电。开关S 转换到位置b 时，构成电路如2(b)所示，由于线圈L 中的磁场将改变线圈L 两端的电压极性，以保持iL 不变。这样线圈L 磁能转化成的电压VL 与电源Vs 串联，以高于Vo 电压向电容C 、负载R 供电。高于Vo 时，电容有充电电流；等于Vo 时，充电电流为零；当Vo 有降压趋势时，电容向负载R 放电，维持Vo 不变 i off i off off on o U t T U t t t U =+=V D L C U o - +- + E G C U i 1 1 R I 1+ -U D U GE U D t t t U O
Buck-Boost电路设计
48W Buck/Boost 电路设计与仿真验证 一、主电路拓扑与控制方式 Buck/Boost 变换器是输出电压可低于或高于输入电压的一种单管直流变换器，其主电路与Buck 或Boost 变换器所用元器件相同，也有开关管、二极管、电感和电容构成，如图1-1所示。与Buck 和Boost 电路不同的是，电感L f 在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压相反。开关管也采用PWM 控制方式。Buck/Boost 变换器也有电感电流连续喝断续两种工作方式，本文只讨论电感电流在连续状态下的工作模式。图1-2是电感电流连续时的主要波形。图1-3是Buck/Boost 变换器在不同工作模态下的等效电路图。电感电流连续工作时，有两种工作模态，图1-3(a)的开关管Q 导通时的工作模态，图1-3(b)是开关管Q 关断、D 续流时的工作模态。 + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o 图1-1 主电路 V be t on T t t t t t i LF I LF i Lfmax i Lfmax i Lfmax i Lfmin i Lfmin i Lfmin i Q i D V Lf V in V o 图1-2 电感电流连续工作波形 + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o i Lf + +-V in Q D L f C f R LD -+ V o i Lf (a) Q 导通 (b) Q 关断，D 续流 图1-3 Buck/Boost 不同开关模态下等效电路 二、电感电流连续工作原理和基本关系
电感电流连续工作时，Buck/Boost 变换器有开关管Q 导通和开关管Q 关断两种工作模态。 在开关模态1[0~t on ]： t=0时，Q 导通，电源电压V in 加载电感L f 上，电感电流线性增长，二极管D 戒指，负载电流由电容C f 提供： f L f in di L V dt = (2-1) o o LD V I R = (2-2) o f o dV C I dt = (2-3) t=t on 时，电感电流增加到最大值max L i ，Q 关断。在Q 导通期间电感电流增加量f L i ? f in L y f V i D T L ?= ? (2-4) 在开关模态2[t on ~ T]: t=t on 时，Q 关断，D 续流，电感L f 贮能转为负载功率并给电容C f 充电，f L i 在输出电压Vo 作用下下降： f L f o di L V dt = (2-5) f o o o L f o f LD dV dV V i C I C dt dt R =+=+ (2-6) t=T 时，f L i 见到最小值min L i ，在t on ~ T 期间f L i 减小量f L i ?为： (1)f o o L off y f f V V i t D T L L ?= ?=- (2-7) 此后，Q 又导通，转入下一工作周期。由此可见，Buck/Boost 变换器的能量转换有两个 过程：第一个过程是Q 开通电感L f 贮能的过程，第二个是电感能量向负载和电容C f 转移的过程。 稳态工作时，Q 导通期间f L i 的增长量应等于Q 关断期间f L i 的减小量，或作用在电感L f 上电压的伏秒面积为零，有： 1y o in y D V V D = - (2-8) 由(2-8)式，若D y =0.5，则V o =V in ；若D y <0.5，则V o
BuckBoost电路的开关损耗分析
电力传动与控制课程设计任务书 2017－2018学年第一学期第12周－14周 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。
目录 1、概述 (2) 2 主电路拓扑和控制方式 (3) 2.1 Buck/Boost主电路的构成 (3) 2.2 电感电流连续时的工作原理及基本关系 (4) 3、主电路参数的计算 (7) 4、 MATLAB仿真 (8) 5、Buck/Boost电路的开关损耗分析 (9) 6、结论 (9) 7、心得 (10)
1、概述 直流-直流变流电路的功能是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路。其中，直接直流变流电路又叫斩波电路，它包括降压斩波电路（Buck Chopper）、升压斩波电路（Boost Chopper)、升降压斩波电路（Buck/Boost）、Cuk斩波电路、Sepic斩波电路和Zeta斩波电路共六种基本斩波电路。Buck/Boost升降压斩波电路同时具有Buck斩波电路和Boost斩波电路的特点，能对直流电直接进行降压或者升压变换，应用广泛。本文将对Buck/Boost升降压斩波电路进行详细的分析。
2 主电路拓扑和控制方式 2.1 Buck/Boost主电路的构成 Buck/Boost变换器的主电路与Buck或Boost变换器所用元器件相同，也由开关管、二极管、电感、电容等构成，如图1所示。与Buck和Boost不同的是电感L在中间，不在输出端也不在输入端，且输出电压极性与输入电压极性相反。开关管也采用PWM控制方式。Buck/Boost变换器也由电感电流连续和断续两种工作方式，但在实际应用中，往往要求电流不断续，即电流连续，当电路中电感值足够大时，就能使得电路工作在电流连续的状态下。因此为了分析方便，现假设电感足够大，则在一个周期内电流连续。 图1 Buck/Boost主电路结构图 电流连续时有两个开关模态，即V导通时的模态1，等效电路见图2（a）；V 关断时的模态2，等效电路见图2（b） （a）V导通